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1、毕业设计计（论文文）内容：数数控XYY工作台台与控制制系统设设计院(系)、部：学生姓名名： 学 号: 专 业： 机 电电 一 体 化化班 级： 05机机电班指导教师师：完成时间间： 摘要当今世界界电子技术术迅速发发展，微微处理器器、微型型计算机在在各技术术领域得得到了广广泛应用用，对各各领域技技术的发发展起到到了极大大的推动动作用。一一个较完完善的机机电一体体化系统统，应包包含以下下几个基基本要素素：机械械本体、动动力与驱驱动部分分、执行行机构、传传感测试试部分、控控制及信信息处理理部分。机机电一体体化是系系统技术术、计算算机与信信息处理理技术、自自动控制制技术、检检测传感感技术、伺伺服传动动
2、技术和和机械技技术等多多学科技技术领域域综合交交叉的技技术密集集型系统统工程。新新一代的的CNCC系统这这类典型型机电一一体化产产品正朝朝着高性性能、智智能化、系系统化以以及轻量量、微型型化方向向发展。关键字：机电一一体化的的基础 基本组组成要素素 特点点 发展展趋势目录第一章 前言言4第二章 课程程设计的的目的、意意义及要要求6第一节 课程程设计的的目的、意意义6第三章 课程程设计的的内容77第一节 课程程设计题题目7第二节 课程程设计内内容7第四章 数控控系统总总体方案案的确定定8第五章 机械械部分设设计9第一节 确定系统脉脉冲当量量9第二节 工作作台外形形尺寸及及重量初初步估算算9第三节
3、 滚动动导轨副副的计算算、选择择9第四节 滚珠珠丝杠计计算、选选择111第五节 齿轮轮计算、设设计133第六节 步进进电机惯惯性负载载的计算算14第七节 步进进电机的的计算选选择155第六章机机床数控控系统硬硬件电路路设计117第一节 设计内容177第二节 设计计步骤117第三节 机床床数控系系统硬件件电路设设计211第七章系系统控制制软件设设计222第八章 结束束语与致致谢299第九章参参考文献献30第一章 前言言一、当今今世界数数控技术术及装备备发展的的趋势及及我国数数控装备备技术发发展和产产业化的的现状在我国对对外开放放进一步步深化的的新环境境下 ,发展我我国数控控技术及及装备、提提高我
4、国国制造业业信息化化水平和和国际竞竞争能力力的重要要性 ,并从战战略和策策略两个个层面提提出了发发展我国国数控技技术及装装备的几几点看法法。装备备工业的的技术水水平和现现代化程程度决定定着整个个国民经经济的水水平和现现代化程程度 ,数控技技术及装装备是发发展新兴兴高新技技术产业业和尖端端工业的的使能技技术和最最基本的的装备 ,又是是当今先先进制造造技术和和装备最最核心的的技术。数数控技术术是用数数字信息息对机械械运动和和工作过过程进行行控制的的技术 ,而数数控装备备是以数数控技术术为代表表的新技技术对传传统制造造产业和和新兴制制造业的的渗透形形成的机机电一体体化产品品 ,其其技术范范围覆盖盖很
5、多领领域。（一）、数数控技术术的发展展趋势。数控技术术的应用用不但给给传统制制造业带带来了革革命性的的变化 ,使制制造业成成为工业业化的象象征 ,而且随随着数控控技术的的不断发发展和应应用领域域的扩大大 ,他他对国计计民生的的一些重重要行业业 ITT、汽车车、轻工工、医疗疗等的发发展起着着越来越越重要的的作用。从从目前世世界上数数控技术术及其装装备发展展的趋势势来看 ,其主主要研究究热点有有以下几几个方面面:(1)、 高速、高高精加工工技术及及装备的的新趋势势效率、质质量是先先进制造造技术的的主体。高高速、高高精加工工技术可可极大地地提高效效率 ,提高产产品的质质量和档档次 ,缩短生生产周期期
6、和提高高市场竞竞争能力力。从 EMOO20001 展展会情况况来看 ,高速速加工中中心进给给速度可可达 880m/ miin ,甚至更更高 ,空运行行速度可可达 1100mm/ mmin左左右。目目前世界界上许多多汽车厂厂 ,包包括我国国的上海海通用汽汽车公司司 ,已已经采用用以高速速加工中中心组成成的生产产线部分分替代组组合机床床。在加加工精度度方面 ,近 10 年来 ,普通通级数控控机床的的加工精精度已由由 100m提高高到 55m ,精密级级加工中中心则从从 35m ,提 高高到 111.5m并且且超精密密加工精精度已开开始进入入纳米级级 00.1m 。为为了实现现高速、高高精加工工 ,
7、与与这配套套的功能能部件如如电主轴轴、直线线电机得得到了快快速的发发展 ,应用领领域进一一步扩大大。(2) 、5 轴联动动加工和和复合加加工机床床快速发发展采用 55 轴联联动对三三维曲面面零件的的加工 ,可用用刀具最最佳几何何形状进进行切削削 ,不不仅光洁洁度高 ,而且且效率也也大幅度度提高。但但过去因因 5 轴联动动数控系系统、主主机结构构复杂等等原因 ,其价价格要比比 3 轴联动动数控机机床高出出数倍 ,加之之编程技技术难度度较大 ,制约约了 55 轴联联动机床床的发展展。当前前由于电电主轴的的出现 ,使得得实现 5 轴轴联动加加工的复复合主轴轴头结构构大为简简化 ,其制造造难度和和成本
8、大大幅度降降低 ,数控系系统的价价格差距距缩小。因因此促进进了复合合主轴头头类型 5 轴轴联动机机床和复复合加工工机床 含 55 面加加工机床床 的发发展。(3) 、智能能化、开开放式、网网络化成成为当代代数控系系统发展展的主要要趋势21世纪纪的数控控装备将将是具有有一定智智能化的的系统 ,智能能化的内内容包括括在数控控系统中中的各个个方面:为追求求加工效效率和加加工质量量方面的的智能化化 ,如如加工过过程的自自适应控控制 ,工艺参参数自动动生成;为提高高驱动性性能及使使用连接接方便的的智能化化 ,如如前馈控控制、电电机参数数的自适适应运算算、自动动识别负负载自动动选定模模型、自自整定等等。数
9、控控系统开开放化已已经成为为数控系系统的未未来之路路。所谓谓开放式式数控系系统就是是数控系系统的开开发可以以在统一一的运行行平台上上 ,面面向机床床厂家和和最终用用户 ,通过改改变、增增加或剪剪裁结构构对象 数控功功能 ,形成系系列化 ,并可可方便地地将用户户的特殊殊应用和和技诀窍窍集成到到控制系系统中 ,快速速实现不不同品种种、不同同档次的的开放式式数控系系统 ,形成具具有鲜明明个性的的名牌产产品。目目前开放放数控系系统的体体系结构构规范、通通信规范范、配置置规范、运运行平台台、数控控系统功功能库以以及数控控系统功功能软件件开发工工具等是是当前研研究的核核心。网网络化数数控装备备是近两两年国
10、际际著名机机床博览览会的一一个新亮亮点。数数控装备备的网络络化将极极大地满满足生产产线、制制造系统统、制造造企业对对信息集集成的需需求 ,也是实实现新的的制造模模式如敏敏捷制造造、虚拟拟企业、全全球制造造的基础础单元 ,反映映了数控控机床加加工向网网络化方方向发展展的趋势势。（二）、对对我国数数控技术术及其产产业发展展的基本本估计我国数控控技术起起步于 19558 年年 ,近近 500 年的的发展历历程大致致可分为为三个阶阶段：第第一阶段段从 119588 年到到 19979 年 ,即封闭闭式发展展阶段。在在此阶段段 ,由由于国外外的技术术封锁和和我国的的基础条条件的制制 ,数数控技术术的发展
11、展较为缓缓慢。第第二阶段段是在国国家的“六五”、“七五”期间以以及“八五”的前期期 ,即即引进技技术 ,消化吸吸收 ,初步建建立起国国产化体体系阶段段。在此此阶段 ,由于于改革开开放和国国家的重重视 ,以及研研究开发发环境和和国际环环境的改改善 ,我国数数控技术术的研究究、开发发以及在在产品的的国产化化方面都都取得了了长足的的进步。第第三阶段段是在国国家的“八五”的后期期和“九五”期间 ,即实实施产业业化的研研究 ,进入市市场竞争争阶段。纵观我国数控技术近 50 年的发展历程 ,特别是经过 4 个 5 年计划的攻关 ,总体来看取得的成绩还是不小。（三）、对对我国数数控技术术和产业业化发展展的战
12、略略思考(1) 、战略略考虑。我我国是制制造大国国 ,在在世界产产业转移移中要尽尽量接受受前端而而不是后后端的转转移 ,所以 ,我们们应站在在国家安安全战略略的高度度来重视视数控技技术和产产业问题题。首先先从社会会安全看看 ,因因为制造造业是我我国就业业人口最最多的行行业 ,制造业业发展不不仅可提提高人民民的生活活水平 ,而且且还可缓缓解我国国就业的的压力 ,保障障社会的的稳定;其次从从国防安安全看 ,西方方发达国国家把高高精尖数数控产品品都列为为国家的的战略物物质 ,对我国国实现禁禁运和限限制 ,“东芝事事件”和“考克斯斯报告”就是最好好的例证证。(2)、发发展策略略。从我我国基本本国情的的
13、角度出出发 ,以国家家的战略略需求和和国民经经济的市市场需求求为导向向 ,以以提高我我国制造造装备业业综合竞竞争能力力和产业业化水平平为目标标 ,用用系统的的方法 ,选择择能够主主导 221 世世纪初期期我国制制造装备备业发展展升级的的关键技技术以及及支持产产业化发发展的支支撑技术术、配套套技术作作为研究究开发的的内容 ,实现现制造装装备业的的跨跃式式发展。强强调市场场需求为为导向 ,即以以数控终终端产品品为主 ,以整整机如量量大面广广的数控控车床、铣铣床、高高速高精精高性能能数控机机床、曲曲型数字字化机械械、重点点行业关关键设备备等 带带动数控控产业的的发展。重重点解决决数控系系统和相相关功
14、能能部件 数字化化伺服系系统与电电机、高高速电主主轴系统统和新型型装备的的附件等等 的可可靠性和和生产规规模问题题。没有有规模就就不会有有高可靠靠性的产产品;没没有规模模就不会会有价值值低廉而而富有竞竞争力的的产品;当然 ,没有有规模中中国的数数控装备备最终难难有出头头之日。第二章 课程程设计的的目的、意意义及要要求第一节 课程程设计的的目的,意义机电一一体化系系统设计计课程程设计是是培养学学生设计计能力的的重要实实践性教教学环节节之一，是是综合运运用所学学过的机机械、电电子、自自动控制制、计算算机等知知识进行行的基本本设计训训练。其其目的是是：1. 能够正确确运用机机电一体体化系统统设计课课
15、程的基基本理论论和相关关知识，掌掌握机电电一体化化系统（产产品）的的功能构构成、特特点和设设计思想想、设计计方法，了了解设计计方案的的拟定、比比较、分分析和计计算，培培养学生生分析问问题和解解决问题题的能力力，使学学生具有有机电一一体化系系统设计计的初步步能力；2. 通过机械械部分设设计，掌掌握机电电一体化化系统典典型机械械零部件件和执行行元件的的计算、选型和结构设计方法和步骤；3. 通过测试试及控制制系统方方案设计计，掌握握机电一一体化系系统控制制系统的的硬件组组成、工工作原理理，和软软件编程程思想；4. 通过课程程设计提提高学生生应用手手册、标标准及编编写技术术说明书书的能力力，促进进学生
16、在在科学态态度、创创新精神神、专业业技能等等方面综综合素质质的提高高。第三章 课程程设计的的内容第一节 课程程设计题题目：单片机控控制步进进电机驱驱动的多多用XYY工作台台。已知条件件：定位位精度：0.01mmm，滚滚珠丝杠杠及导轨轨使用寿寿命：TT=1550000h，中中等冲击击工作台的的有效行行程为快快速进给给速度 和工作作载荷第二节 课程程设计的的内容 1.数控装置置总体方方案的确确定(1).数控装装置设计计参数的的确定； (2).方案的的分析，比比较，论论证。 2.机机械部分分的设计计(1).确定脉脉冲当量量；(2).机械部部件的总总体尺寸寸及重量量的初步步估算；(3).传动元元件及导
17、导向元件件的设计计，计算算和选用用；(4).确定伺伺服电机机；(5).绘制机机械结构构装配图图；(6).系统等等效惯量量计算；(7).系统精精度分析析。3.数控控系统的的设计(1).微机及及扩展芯芯片的选选用及控控制系统统框图的的设计；(2).I/OO接口电电路及伺伺服控制制电路的的设计和和选用；(3).系统控控制软件件的设计计4.图纸纸(1).机械结结构装配配图，（见见附图）第四章 数控控系统总总体方案案的确定定数控系统统总体方方案设计计的内容容包括：系统运运动方式式的确定定，执行行机构及及传动方方案的确确定，伺伺服电机机类型及及调速方方案确定定，计算算机控制制系统的的选择。进进行方案案的分
18、析析、比较较和论证证。1. 系统运动动方式的的确定该系统要要求工作作台沿各各坐标轴轴的运动动有精确确的运动动关系因因此采用用连续控控制方式式。2. 伺服系统统的选择择开环伺服服系统在在负载不不大时多多采用功功率步进进电机作作为伺服服电机.开环控控制系统统由于没没有检测测反馈部部件，因因而不能能纠正系系统的传传动误差差。但开开环系统统结构简简单，调调整维修修容易，在在速度和和精度要要求不太太高的场场合得到到广泛应应用。.考虑到到运动精精度要求求不高，为为简化结结构，降降低成本本，宜采采用步进进电机开开环伺服服系统驱驱动。3. 计算机系系统的选选择采用MCCS-551系列列中的880311单片机机
19、扩展控控制系统统。MCCS-551单片片机的主主要特点点是集成成度高，可可靠性好好，功能能强，速速度快，性性价比高高。控制制系统由由微机部部分、键键盘及显显示器、II/O接接口及光光电隔离离电路、步步进功率率放大电电路等组组成。系系统的工工作程序序和控制制命令通通过键盘盘操作实实现。显显示器采采用数码码管显示示加工数数据和工工作状态态等信息息。4. XY工工作台的的传动方方式为保证一一定的传传动精度度和平稳稳性以及及结构的的紧凑，采采用滚珠珠丝杠螺螺母传动动副。为为提高传传动刚度度和消除除间隙，采采用有预预加载荷荷的结构构。由于工作作台的运运动部件件重量和和工作载载荷不大大，故选选用滚动动直线
20、导导轨副，从从而减小小工作台台的摩擦擦系数，提提高运动动平稳性性。 考考虑电机机步距角角和丝杠杠导程只只能按标标准选取取，为达达到分辨辨率的要要求，以以及考虑虑步进电电机负载载匹配，采采用齿轮轮减速传传动。系系统总体体框图如如下:计算机光电隔离功率放大步进电机X向工作台光电隔离功率放大步进电机Y向工作台第五章机机械部分分设计机械部分分设计内内容包括括：确定定系统脉脉冲当量量，运动动部件惯惯性的计计算，选选择步进进电机，传传动及导导向元件件的设计计、计算算与选择择，绘制制机械部部分装配配图等。第一节 确定定系统脉脉冲当量量脉冲当量量p是一个个进给指指令时工工作台的的位移量量，应小小于等于于工作台
21、台的位置置精度，由于定位精度为0.01mm因此选择脉冲当量为0.01mm。第二节 工作作台外形形尺寸及及重量初初步估算算根据给定定的有效效行程，画画出工作作台简图图，估算算X向和和Y向工工作台承承载重量量WX和WY。取X向导导轨支撑撑钢球的的中心距距为4110mmm,Y向向导轨支支撑钢球球的中心心距为4400mmm,设设计工作作台简图图如下:工作台简图X向拖板板(上拖拖板)尺尺寸为:长*宽*高=4420*4100*500重量:按按重量=体积*材料比比重估算算为:= Y向拖板板(下拖拖板)尺尺寸为: 重量=上导轨(含电机机)重量量为夹具及工工件重量量:约1155NNX-Y工工作台运运动部分分总重
22、量量为:第三节 滚动动导轨副副的计算算、选择择根据给定定的工作作载荷FFz和估算算的Wxx和Wy计算导导轨的静静安全系系数fSL=CC0/P，式式中：CC0为导轨轨的基本本静额定定载荷，kkN；工工作载荷荷P=00.5(Fz+W)； ffSL=1.003.0(一一般运行行状况)，3.055.0（运运动时受受冲击、振振动）。根根据计算算结果查查有关资资料初选选导轨：因系统受受中等冲冲击,因因此取根据计算算额定静静载荷初初选导轨轨:选择汉机机江机床床厂HJJG-DD系列滚滚动直线线导轨,其型号号为:HHJG-D255基本参数数如下:额定载荷荷/N静态力矩矩/N*M滑座重量量导轨重量量导轨长度度动载
23、荷静载荷L(mm)1750002600001981982880.6003.1760滑座个数数单向行程程长度每分钟往往复次数数M40.64导轨的额额定动载载荷N依据使用用速度vv（m/minn）和初初选导轨轨的基本本动额定定载荷 (kNN)验算算导轨的的工作寿寿命Lnn：额定行程程长度寿寿命:导轨的额额定工作作时间寿寿命:导轨的工工作寿命命足够.第四节 滚珠丝杠杠计算、选选择初选丝杠杠材质：CrWWMn钢钢，HRRC588600，导程程：l0=5mm（1） 强度计算算丝杠轴向向力：(N)其中：KK=1.15，滚滚动导轨轨摩擦系系数f=0.003300005；在车床床车削外外圆时：Fx=(0.10
24、0.6)Fz，Fy=(0.150.77)Fzz，可取取Fx=0.55Fz，Fy=0.66Fz计算。取f=00.0004,则则:寿命值：，其中中丝杠转转速(rr/miin)最大动载载荷：式中：ffW为载荷荷系数，中中等冲击击时为11.21.55；fH为硬度度系数，HHRC58时时为1.0。查表得中中等冲击击时则:根据使用用情况选选择滚珠珠丝杠螺螺母的结结构形式式，并根根据最大大动载荷荷的数值值可选择择滚珠丝丝杠的型型号为:CM系系列滚珠珠丝杆副副，其型型号为：CM220055-5。其基本参参数如下下:其额定动动载荷为为142205NN足够够用.滚滚珠循环环方式为为外循环环螺旋槽槽式,预预紧方式式
25、采用双双螺母螺螺纹预紧紧形式.滚珠丝杠杠螺母副副的几何何参数的的计算如如下表名称计算公式式结果公称直径径20mmm螺距mm接触角钢球直径径3.1775mm螺纹滚道道法向半半径1.6551mmm偏心距0.0444899mm螺纹升角角螺杆外径径19.3365mmm螺杆内径径16.7788mm螺杆接触触直径17.7755mmm螺母螺纹纹外径23.2212mm螺母内径径（外循循环）20.77mm（2） 传动效率率计算丝杠螺母母副的传传动效率率为：式中：=10，为摩摩擦角；为丝杠杠螺旋升升角。（3） 稳定性验验算丝杠两端端采用止止推轴承承时不需需要稳定定性验算算。（4） 刚度验算算滚珠丝杠杠受工作作负载
26、引引起的导导程变化化量为：(cmm)Y向所受受牵引力力大,故故用Y向向参数计计算丝杠受扭扭矩引起起的导程程变化量量很小，可可忽略不不计。导导程变形形总误差差为E级精度度丝杠允允许的螺螺距误差差 =115m/mm。第五节 齿轮计算算、设计计因步进电电机步距距角滚珠珠丝杠螺螺距t=5mmm,要实实现脉冲冲当量,在传动动系统中中应加一一对齿轮轮降速传传动.齿轮传动动比： ，初选选步进电电机步距距角：= 11.5/sttep。取小齿轮轮齿数 则则大齿轮轮齿数因传递的的扭距较较小,取取模数mm=1mmm则:分度圆直直径:齿顶圆直直径:齿根圆直直径:齿宽: 取中心距:分度圆压压力角:大小齿轮轮均采用用渐开
27、线线标准圆圆柱齿轮轮小齿轮采采用两片片薄齿轮轮错齿排排列以消消除间隙隙.双片齿轮轮错齿消消隙结构构图如下下:1、2-薄齿齿轮, 3弹弹簧, 4、88凸耳耳, 5调节螺螺钉, 6、77螺母母双片齿轮轮错齿消消隙结构构图第六节 步进进电机惯惯性负载载的计算算根据等效效转动惯惯量的计计算公式式，有：（1）等等效转动动惯量的的计算折算到步步进电机机轴上的的等效负负载转动动惯量为为：式中：为为折算到到电机轴轴上的惯惯性负载载；为步步进电机机轴的转转动惯量量；为齿齿轮的的转动惯惯量；为齿轮的转动动惯量；为滚珠丝丝杠的转转动惯量量；为为移动部部件的质质量。对钢材料料的圆柱柱零件可可以按照照下式进进行估算算：
28、式中为圆圆柱零件直直径，为为圆柱零零件的长长度。所以有：电机轴的的转动惯惯量很小小，可以以忽略，所所以有：第七节 步进进电机的的选用(）步步进电机机启动力力矩的计计算设步进电电机的等等效负载载力矩为为，负负载力为为，根根据能量量守恒原原理，电电机所做做的功与与负载力力所做的的功有如如下的关关系：式中为电电机转角角，为为移动部部件的相相应位移移，为机机械传动动的效率率。若取取，则，且且。所以以：式中：为为移动部部件负载载（N），GG为移动动部件质质量（NN），为为与重力力方向一一致的作作用在移移动部件件上的负负载力（NN），为为导轨摩摩擦系数数，为步步进电机机的步距距角（rrad）,T为电电机轴
29、负负载力矩矩（N.cm）。取=0.3（淬淬火钢滚滚珠导轨轨的摩擦擦系数），.8，=279.23。考虑到重力影响，向电机负载较大，因此1200，所以有：考虑到启启动时运运动部件件惯性的的影响，则则启动转转矩：取系数为为.，则： 对于工作作方式为为三相拍的步步进电机机：(） 步进电电机的最最高工作作频率为使电机机不产生生失步空空载启动动频率要要大于最最高运行行频率,同时电电机最大大静转矩矩要足够够大,查查表选择择两个990BFF0011型三相相反应式式步进电电机.电机有关关参数如如下:型号主要技术术参数相数步距角电压(V)相电流(A)最大静转转矩(n.mm)空载启动动频率空载运行行频率分配方式式9
30、0BFF001140.98073.92220000800004相8拍拍外形尺寸寸(mmm)重量kg转子转动动惯量Kg.mm外直径长度轴直径9014594.517644第六章 数控控系统硬硬件电路路设计第一节 设计计内容.按照照总统方方案以及及机械结结构的控控制要求求，确定定硬件电电路的方方案，并并绘制系系统电气气控制的的结构框框图；.选择择计算机机或中央央处理单单元的类类型；.根据据控制系系统的具具体要求求设计存存储器扩扩展电路路；.根据据控制对对象以及及系统工工作要求求设计扩扩展接口口电路，检检测电路路，转换换电路以以及驱动动电路等等；.选择择控制电电路中各各器件及及电气元元件的参参数和型型
31、号；.绘制制出一张张清晰完完整的电电气原理理图，图图中要标标明各器器件的型型号，管管脚号及及参数；.说明明书中对对电气原原理图以以及各有有关电路路进行详详细的原原理说明明和方案案论证。第二节 设计计步骤.确定定硬件电电路的总总体方案案。数控系统统的硬件件电路由由以下几几部分组组成：1 主控制器器。即中中央处理理单元CCPU2 总线。包包括数据据总线，地地址总线线，控制制总线。3 存储器。包包括只读读可编程程序存储储器和随随机读写写数据存存储器。4 接口。即即I/OO输入输输出接口口。数控系统统的硬件件框图如如下所示示：中央处理单元CPU存储器RAMROM外设：键盘，显示器，打印机，磁盘机，通讯
32、接口等输入/输出I/O接口信号变换控制对象.主控控制器的的选择系系列单片片机是集集中，端端口及部部分等为为一体的的功能性性很强的的控制器器。只需需增加少少量外围围元件就就可以构构成一个个完整的的微机控控制系统统，并且且开发手手段齐全全，指令令系统功功能强大大，编程程灵活，硬硬件资料料丰富。本本次设计计选用芯片作作为主控控芯片。.存储储器扩展展电路设设计(）程程序存储储器的扩扩展单片机应应用系统统中扩展展用的程程序存储储器芯片片大多采采用芯片。其其型号有有：27166，27732，227644，2771288，2772588，其容容量分别别为kk,4kk,8kk,166k322k。在在选择芯芯片
33、时要要考虑与与时时序的匹匹配。所能读读取的时时间必须须大于所要要求的读读取时间间。此外外，还需需要考虑虑最大读读出速度度，工作作温度以以及存储储器容量量等因素素。在满满足容量量要求时时，尽量量选择大大容量芯芯片，以以减少芯芯片数量量以简化化系统。综综合以上上因素，选选择芯芯片作为为本次设设计的程程序存储储器扩展展用芯片片。单片机规规定00口提供供为位位地址线线，同时时又作为为数据线线使用，所所以为分分时用作作低位地地址和数数据的通通道口，为为了把地地址信息息分离出出来保存存，以便便为外接接存储器器提高低低位的的地址信信息，一一般采用用芯片片作为地地址锁存存器，并并由发出出允许锁锁存信号号ALE
34、E的下降降沿，将将地址信信息锁存存入地址址锁存器器中。由以上分分析，采采用EEPROOM芯片的的程序存存储器扩扩展电路路框图如如下所示示： A12 A8 2764A7A0 D7 D0 P1.7 P1.0 P2.4 P2.0 ALE P0.7 P0.0 译码电路G74LS372扩展27764电电路框图图(）数数据存储储器的扩扩展由于内内部只有有字节，远远不能满满足系统统的要求求。需要要扩展片片外的数数据存储储器。单单片机应应用系统统数据存存储器扩扩展电路路一般采采用61116,62662静态态RAMM数据存存储器。本本次设计计选用芯片作作为数据据存储器器扩展用用芯片。其其扩展电电路如下下所示：
35、P2.4 P2.0ALE P0.7 P0.0 A12 A8A7 6264A0D7D0 D0译码电路G74LS372扩展62264电电路框图图(）译译码电路路在单片机机应用系系统中，所所有外围围芯片都都通过总总线与单单片机相相连。单单片机数数据总线线分时的的与各个个外围芯芯片进行行数据传传送。故故要进行行片选控控制。由由于外围围芯片与与数据存存储器采采用统一一编址，因因此单片片机的硬硬件设计计中，数数据存储储器与外外围芯片片的地址址译码较较为复杂杂。可采采用线选选法和全全地址译译码法。线线选法是是把单独独的地址址线接到到外围芯芯片的片片选端上上，只要要该地址址线为低低电平，就就选中该该芯片。线线
36、选法的的硬件结结构简单单，但它它所用片片选线都都是高位位地址线线，它们们的权值值较大，地地址空间间没有充充分利用用，芯片片之间的的地址不不连续。对于和容量较大的应用系统，当芯片所需的片选信号多于可利用的地址线的时候，多采用全地址译码法。它将低位地址作为片内地址，而用译码器对高位地址线进行译码，译码器输出的地址选择线用作片选线。本设计采采用全地地址译码码法的电电路分别别如下图图所示：（4）存存储器扩扩展电路路设计80311单片机机所支持持的存储储系统起起程序存存储器和和数据存存储器为为独立编编址。该设计选选用程序序存储器器27664和数数据存储储器62264组组成80031单单片机的的外存储储器
37、扩展展电路，单片机外外存储器器扩展电电路如下下：（5）扩扩展电路路设计(a).通用可可编程接接口芯片片单片机机共有个位位并行接接口，但但供用户户使用的的只有1口及及部分3 口口线。因因此要进进行口的的扩展。与微机机接口较较简单，是是微机系系统广泛泛使用的的接口芯芯片。881555Y与880311的连接接方式如如下图所所示(b).键盘，显显示器接接口电路路键盘，显显示器是是数控系系统常用用的人机机交互的的外部设设备，可可以完成成数据的的输入和和计算机机状态数数据的动动态显示示。通常常，数控控系统都都采用行行列式键键盘，即即用口线线组成行行，列结结构，按按键设置置在行列列的交点点上。数控系统统中使
38、用用的显示示器主要要有和。下下图所示示为采用用接口口管理的的键盘，显显示器电电路。它它有键和和位显显示器组组成。为为了简化化秒电路路，键盘盘的列线线及显示示器的字字位控制制共用一一个口，即即共用的P口进行行控制，键键盘的行行线由口担担任，显显示器的的字形控控制由881555的PBB口担任任。键盘显示示器接口口电路如如下所示示：4步进进电机驱驱动电路路设计(1）脉脉冲分配配器步进电机机的控制制方式由由脉冲分分配器实实现，其其作用是是将数控控装置送送来的一一系列指指令脉冲冲按一定定的分配配方式和和顺序输输送给步步进电机机的各相相绕组，实实现电机机正反转转。数控控系统中中通常使使用集成成脉冲分分配器
39、和和软件脉脉冲分配配器。本本设计采采用集成成脉冲分分配器YYB0113。采采用YBB0133硬件环环行分配配器的步步进电机机接口线线路图如如下：（2）光光电隔离离电路在步进电电机驱动动电路中中，脉冲冲分配器器输出的的信号经经放大后后控制步步进电机机的励磁磁绕组。如如果将输输出信号号直接与与功率放放大器相相连，将将会引起起电气干干扰。因因此在接接口电路路与功率率放大器器间加上上隔离电电路实现现电气隔隔离，通通常使用用光电耦耦合器。光光电耦合合器接线线图如下下：（3）功功率放大大器脉冲分配配器的输输出功率率很小，远远不能满满足步进进电机的的需要，必必须将其其输出信信号放大大产生足足够大的的功率，才
40、才能驱动动步进电电机正常常运转。因因此必须须选用功功率放大大器，需需根据步步进电机机容量选选择功率率放大器器。本设设计选用用功率放放大器。5其它它辅助电电路设计计（）的时钟钟电路单片机机的时钟钟可以由由两种方方式产生生：内部部方式和和外部方方式。内内部方式式利用芯芯片的内内部振荡荡电路，在在XTAAL1,XTAAL2引引脚上外外接定时时元件，如如下图所所示。晶晶体可以以在.之间间任意选选择，耦耦合电容容在ppF之间间，对时时钟有微微调作用用。采用用外部时时钟方式式时，可可将XTTAL11直接接接地，XXTALL2接外外部时钟钟源。8031XTAL1XTAL2时钟电路路（）复复位电路路单片机机的
41、复位位都是靠靠外部电电路实现现。在时时钟工作作后，只只要在引脚脚上出现现mss以上的的高电平平，单片片机就实实现状态态复位，之之后便从从单单元开始始执行程程序。在在实际运运用中，若若系统中中有芯片片需要其其复位电电平与复位要要求一致致时，可可以直接接相连。当当晶振频频率选用用z时，复复位电路路中取取，取取，取。实实用复位位电路图图如下所所示：（）越越界报警警电路为了防防止工作作台越界界，可分分别在极极限位置置安装限限位开关关。利用用光电耦耦合电路路，将行行程开关关接至发发光二极极管的阴阴极，光光敏三极极管的输输出接至至的口口1.0。当当任何一一个行程程开关被被压下的的时候，发发光二极极管就发发
42、光，使使光敏三三极管导导通，由由低电平平变成高高电平。可利用用软件设设计成查查询的方方法随时时检查有有无越界界信号。也也可接成成从光敏敏三极管管的集电电极输出出接至的外部部中断引引脚（或），采采用中断断方式检检查越界界信号。第三节 机床床数控系系统硬件件电路设设计该系统选选用系列列的作作为主控控制器。扩扩展存储储电路为为一片227322EPRROM和和一片662644RAMM。程序序存储器器扩展为为，数数据存储储器扩展展为。的片选选控制端端直接接接地，该该电路始始终处于于选中状状态。系系统复位位以后，CCPU从从00000H开开始执行行监控程程序。662644的片选选端由译译码器（774LSS1388）的YY2输出出提供。所所以62264的的空间地地址为440000。系统的扩扩展I/O接口口电路选选用通用用可编程程并行输输入/输出出接口芯芯片81155。881555的片选选端接至译译码器（774LSS1388）的YY4的输输出端，故故81555控制制命令寄寄存器及及PA，PPB，PPC口的的地址号号分别为为80000H及及80001H，880022H，880033H。881555RAMM区的地地址为880000H80FFFH。81555的A口口为控制制工作抬抬X，YY向电机机的接口口。为防防止功率率放大器器高电压压的干扰扰，不步步进电机机接口与与功率放放大器之之间采用用光电